DE60316299T2

DE60316299T2 - Herstellung von milchsäurederivaten und ihre anwendung

Info

Publication number: DE60316299T2
Application number: DE60316299T
Authority: DE
Inventors: Sergey A. Plymouth SELIFONOV
Original assignee: Aromagen Corp
Current assignee: Aromagen Corp
Priority date: 2002-08-02
Filing date: 2003-07-24
Publication date: 2008-06-05
Anticipated expiration: 2023-07-25
Also published as: DK1527064T3; AU2003256730A8; DE60316299D1; AU2003256730A1; EP1527064A2; US20060105002A1; EP1527064B1; ES2289332T3; WO2004013121A3; WO2004013121A2; ATE372994T1; US7211693B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Herstellen von Milchsäurederivaten, die als Duftstoffe und Monomere für die Polymersynthese nützlich sind.
Es ist bekannt, dass bestimmte 3-Methyl-1,4-dioxan-2-one als Duftstoffe nützlich sind.
Jedoch, gibt es allgemeine Probleme mit der Herstellung von Dioxanonverbindungen, wie verbunden mit der Verwendung von halogenierten Ausgangsmaterialien, dem Auftreten von unerwünschten Nebenprodukten, Komplexität der Synthese, niedrigen Ausbeuten und folglich hohen Kosten. Diese Probleme beschränken die Anwendung von solchen Verbindungen, wie Duftstoffe, und machen sie für die Polymersynthese zu kostspielig.
Die vorliegende Erfindung stellt ein neues und vielseitiges Verfahren zum Herstellen von Verbindungen der Formel (1) und (2) bereit
durch Verwenden von Milchsäureestern mit einer freien Hydroxylgruppe und besonders Ethyllactat, als billiges, sicheres und reichlich vorhandenes erneuerbares Ausgangsmaterial verfügbar, zum Beispiel mittels Fermentation von Kohlenhydraten zu Milchsäure und zu Ethanol, gefolgt von der chemischen Herstellung des Esters. Die Hydroxylgruppe der Lactatester ist reaktiv genug, um das Öffnen von verschiedenen Epoxyverbindungen bereitzustellen, wodurch ein 2(2'-Hydroxyethyl)propionatester der Formel (2) erhalten wird.
Die letzteren Verbindungen können als solche in der Polymersynthese verwendet werden oder können ferner über eine einfache Hydrolyse-Lactonbildungssequenz oder durch Umesterung zu einem 3-Methyl-1,4-dioxan-2-on umgewandelt werden. Die 3-Methyl-1,4-dioxan-2-one sind als Monomere für die Polymersynthese und als Duftstoffe nützlich. Weil viele Epoxide in einem großen Maßstab hergestellt werden oder durch verschiedene Oxidationsverfahren aus einer großen Vielzahl von Olefinverbindungen leicht hergestellt werden können, ist ein derartiges Verfahren besonders nützlich und vielseitig, um eine Bibliothek von neuen Duftstoffverbindungen und Monomeren für die Polymersynthese bereitzustellen. Die Art des Geruchs hängt stark von der Struktur des Epoxids ab, das in der Synthese verwendet wird. Ähnlich hängen die Eigenschaften der Polymere oder Copolymere von der Struktur des Epoxids ab. Die Vielseitigkeit des Syntheseverfahrens der vorliegenden Erfindung lässt die Feinabstimmung der gewünschten Zieleigenschaften der so erhaltenen Duftstoffe oder Polymere zu.
Die Einzelheiten von einer oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung sind nachstehend in der Beschreibung aufgezeigt. Andere Merkmale, Aufgaben und Vorteile der Erfindung sind aus der Beschreibung und aus den Patentansprüchen ersichtlich.
2(2'-Hydroxyethyl)propionatester (2) können durch Umsetzung zwischen einem Epoxid und einem Lactatester gemäß der folgenden Umsetzung in Schema 1 einfach und ökonomisch hergestellt werden:
wobei R₁, R₂, R₃ jeweils unabhängig voneinander ein H-Atom, ein gerader oder verzweigter Alkylrest, gerader oder verzweigter Alkenylrest, Carboxyalkyl-, Carboxyaryl-, aromatischer Rest, aromatisch-aliphatischer Rest, ein Alkyloxyalkyl-, Aryloxyalkyl-, Cycloalkyl-, Cycloalkenyl- oder Oxacycloalkylrest sind, oder wobei zwei der Reste R₁, R₂ und R₃ einen Ring bilden können, der 5 bis 15 Kohienstoffatome enthält, und wobei jeder der Reste R₁, R₂ oder R₃ gegebenenfalls einen sauerstoff-funktionellen Rest enthält, der aus einer Hydroxylgruppe, Carbonylgruppe oder geschützten Formen davon ausgewählt ist, und
wobei R₄ ein Rest mit 1 bis 50 Kohlenstoffatomen ist, der ausgewählt ist aus geraden oder verzweigten Alkylresten, gerade oder verzweigten Alkenylresten, Cycloalkyl- oder Cycloalkylenresten, Alkyloxyalkylresten, aromatischen Resten, aromatisch-aliphatischen Resten, hydroxy-funktionellen Alkylresten und Kombinationen davon oder einer Polymerkette, die einen oder mehrere Ester- oder Ether-, Amidbindungen umfassen.
Die allgemeinen Bedingungen, die für einen weiten Bereich von Epoxidöffnungsreaktionen mit Lactatestern nützlich sind, sind beschrieben. Derartige Bedingungen schließen die Verwendung von verschiedenen Katalysatoren ein. Derartige Katalysatoren schließen verschiedene Säuren ein. Beispiele schließen starke Mineralsäuren, wie Schwefel-, Chlorwasserstoff- und Bromwasserstoffsäuren, p-Toluolsulfonsäure, Camphersulfonsäure, Methansulfonsäure und dergleichen ein. Verschiedene Harze, die protonierte Sulfonsäurereste enthalten, sind auch nützlich, weil sie nach Beendigung der Umsetzung leicht zurückgewonnen werden können. Bortrifluorid und verschiedene Komplexe von BF₃, z.B. in Form von BF₃-Dietherat, sind auch nützlich. Siliciumdioxid, saures Aluminiumoxid, Titandioxid, Zirkoniumdioxid und verschiedene saure Lehme können auch verwendet werden. Jedoch sind die Natur und die Menge des Katalysators nicht kritisch. Erhöhte Temperaturen können verwendet werden, um die Umsetzung mit weniger reaktiven Katalysatoren zu beschleunigen, jedoch ist die Temperatur des Reaktionsgemisches nicht kritisch. Die Menge und die Art des Katalysators hängen von der spezifischen chemischen Zusammensetzung des Epoxids und Lactatesters ab, der für die Umsetzung genommen wird, und kann durch den Fachmann leicht hergestellt werden.
Verschiedene Cosolvenzien können für die Umsetzung von Epoxiden mit dem Lactatester verwendet werden. Wenn Cosolvenzien verwendet werden, ist es bevorzugt, dass das Lösungsmittel keine wesentliche Menge Wasser, Alkohole, Amine, Thiole oder Carboxylverbindungen enthält, so dass Konkurrenzreaktionen keine unerwünschten Nebenprodukte verursachen. Verschiedene aliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe, Ether und Ester, die chlorierte Verbindungen einschließlich, können verwendet werden. Die Verwendung eines Cosolvenses ist besonders vorteilhaft, wenn feste oder hochviskose Epoxide oder Lactatester in der Synthese verwendet werden.
Um die Erzeugung von Nebenprodukten zu minimieren, ist es vorteilhaft, die Umsetzung zwischen einem Epoxid und einem Lactatester in Gegenwart eines ausreichenden Überschusses des Lactatesters durchzuführen, wobei das molare Verhältnis von Epoxid zu Lactatester typischerweise im Bereich zwischen 1:1,1 bis 1:1000, vorzugsweise von 1:1,5 bis 1:50 liegt. In der Praxis wird derartiges durch eine stufenweise Zugabe von Epoxid zu einem flüssigen Lactatester (4) oder einem Gemisch aus Letzterem und einem geeigneten Cosolvens, und Durchführen der Umsetzung, bis im Wesentlichen alles Epoxid umgesetzt ist, leicht erreicht, wodurch ein Gemisch aus Lactatester (4) und dem gewünschten 2(2'-Hydroxyethyl)propionatester erhalten wird. Nach der Umsetzung kann der restliche Lactatester einfach aus dem höher siedenden 2(2'-Hydroxyethyl)propionatester (1) herausdestilliert werden und wiederverwendet werden. Die Destillation von überschüssigem Lactatester wird typischerweise bei atmosphärischem Druck oder bei vermindertem Druck durchgeführt. Destillationen bei vermindertem Druck sind bevorzugt, weil sie die thermische Beanspruchung der Reaktionsprodukte minimieren und die Erzeugung von Nebenprodukten auf Grund von Eliminationsreaktionen oder Umesterung mindern.
Jede Anzahl von Milchsäureestern der Formel (4) kann zur Umsetzung mit Epoxiden verwendet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Verwendung von Niederalkylestern wegen niedriger Kosten, hohem Reinheitsgrad und Sicherheit, sowie Einfachheit der Produkttrennung und Wiederverwendung eines Überschusses an Alkyllactat vorteilhaft. Insbesondere sind lineare oder verzweigte Alkylester von Lactat mit Alkoholen, die 1-6 Kohlenstoffatome aufweisen, bevorzugt, und Ethyllactat ist am meisten bevorzugt. Beide Enantiomere der Lactatester können bei der Umsetzung mit Epoxiden verwendet werden. Racemische oder enantiomer angereicherte Lactate können verwendet werden. Die Verwendung des (S)-Enantiomers der Lactatester und insbesondere des (S)-Enantiomers des Ethyllactats mit einer Enantiomerenreinheit im Überschuss von 80% ist wegen niedriger Kosten und umfassender Verfügbarkeit bevorzugt.
Jede Anzahl von Epoxiden der Formel (3) kann verwendet werden. Viele Epoxide sind in großer Menge zu niedrigen Kosten im Handel erhältlich. Verschiedene Verfahren können verwendet werden, um Epoxide herzustellen. Olefine können mit verschiedenen Reagenzien, wie Persäuren und ihren Salzen, Alkylperoxiden, Wasserstoffperoxid, Sauerstoff oder durch das Halohydrinverfahren, epoxidiert werden. Verschiedene Katalysatoren können zur Epoxidierung verwendet werden, einschließlich enantioselektiver oder regioselektiver Umsetzungen. Enzymatische oder mikrobiologische Verfahren können verwendet werden, um bestimmte Epoxide und insbesondere enantiomer angereicherte chirale Epoxide herzustellen. Zum Beispiel können Styrolmonooxygenase oder Xylolmonooxygenase verwendet werden, um Styrol-1,2-epoxid herzustellen. Alkanmonooxygenase kann verwendet werden, um Epoxide aus einem Bereich von geradkettigen und verzweigten Alkenen, wie 1-Hexen, 1-Hegten, 1-Octen, 1-Nonen und dergleichen, herzustellen.
Die folgenden nicht-beschränkenden Beispiele von Epoxyverbindungen werden zum Zweck der Veranschaulichung bereitgestellt.
Beispiele von Epoxiden schließen Epoxide von linearen oder verzweigten Alkenen, wie Ethylenoxid, Propylen-1,2-oxid, Butylen-1,2- oder 2,3-oxid und 1,2-Epoxide von einzelnen oder gemischten α-Olefinen mit 5-20 Kohlenstoffatomen, ein.
Ferner schließen Beispiele von Epoxiden 1,2-Epoxide von zyklischen Alkenen und alkylierten zyklischen Alkenen, wie Cyclopenten-, Cyclohexen-, Cycloocten-, Cyclododecenringen und dergleichen, ein.
Ferner schließen Beispiele von Epoxiden Mono-und Diepoxyverbindungen von konjugierten und nichtkonjugierten Dienen und Trienen, wie Butadien, Isopren, 1,3- und 1,4-Cyclohexadiene, Cycloheptatrien, 1,5,9-Cyclododecatrien, 1,5-Cyclooctadien, Dimethyl-1,5-cyclooctadien, 4-Vinyl-1,2-epoxycyclohexen, Norbornen-2,3-oxid, Epoxydicyclopentadien und dergleichen, ein.
Zusätzliche Beispiele von Epoxiden schließen Epoxide von aromatischen Alkenen wie Styrol-1,2-oxid, Inden-1,2-oxid, 3,4-Dihydronaphthalin-1,2-oxid, Allylbenzol-2,3-oxid und dergleichen, ein.
Epoxide können aus vielen natürlichen und synthetischen Terpenen und terpenoiden Verbindungen erhalten werden. Beispiele von Epoxiden dieser Art schließen Limonen-1,2-oxid, 1-Menthen-1,2-oxid, 2-Menthen-2,3-oxid, Isolimonen-2,3-oxid, Epoxide von α- und β-Phellandrenen, α- und β-Pinenen, 2- und 3-Carenen, Myrcen, Ocimenisomeren, α- und γ-Terpinenen und Camphen, sowie Epoxide von oxidierten Terpenoiden, wie Geraniol, Nerol, Linalool, Terpineol, Terpenhydrat und ihre Ester und Ether, Carvon, Carveolisomere, Piperitol, Isopiperitenol und dergleichen, ein.
Es ist nicht immer erforderlich, Epoxide von hoher Reinheit oder definierter Zusammensetzung zu haben. Zum Beispiel können rohe oder destillierte essentielle Öle oder ihre Fraktionen epoxidiert werden, um ein Gemisch von Epoxiden herzustellen. Außerdem können Fraktionen von der Verarbeitung von Terpentin, die gemischte ungesättigte Verbindungen enthalten, epoxidiert und zur Umsetzung mit Milchsäureestern verwendet werden. Andere geeignete Beispiele schließen epoxidierte Materialien ein, die sich von essentiellen Pflanzenölen, wie Minzöl, Orangenöl, Zitronenöl, Pampelmusenöl, Zedernöl, Vetivergrasöl, Bergamottenöl, Zitronengrasöl und dergleichen, ableiten oder diese umfassen.
Weitere Beispiele von Epoxiden schließen Epoxide von Olefinen mit zusätzlichen Heteroatomen und funktionellen Resten ein. Beispiele dieser Verbindungen schließen Glycidolester und -ether sowie Epoxide, die durch Epoxidierung von Estern und Ethern ungesättigter Alkohole hergestellt werden können, ein. Beispiele des Letzteren sind Epoxide von 2- und 3-Hexenolestern und tert-Butylethern. Beispiele von Epoxyverbindungen mit einem Carboxylrest sind glycidische Ester, wie Epoxyacrylatester, 2,3-Epoxycrotonatester und dergleichen. Ein anderer Satz von Beispielen schließt Epoxide von ungesättigten Ketonen, Aldehyden und ihren Ketalen oder Acetalen ein.
Epoxide von konjugierten zyklischen und azyklischen ungesättigten Ketonen und Aldehyden, wobei der Carbonylrest gegebenenfalls als Ketal oder Acetal geschützt ist, sind besonders nützlich, weil sie über eine Aldolkondensation von entsprechenden Ketonen und Aldehyden, gefolgt von der Epoxidierung, leicht hergestellt werden können.
Es ist auch für das Epoxid und den Lactatester möglich, ein Teil desselben Moleküls zu sein, wobei die Umsetzung zwischen der Epoxideinheit und der Hydroxylgruppe der Lactateinheit intramolekular, intermolekular oder beides in Abhängigkeit von den Reaktionenbedingungen durchgeführt werden kann. Folglich sind andere Beispiele von Verbindungen Ester der Milchsäure und ungesättigter Alkohole, wie 2-Alken-1-olen, und insbesondere von Allylalkohol. Allyllactat kann aus anderen Milchsäureestern durch Umesterung leicht hergestellt werden. Zum Beispiel kann Umesterung von Ethyllactat oder zyklischem Lactatdimer (Lactid, 2,6-Dimethyl-1,4-dioxan-2,5-dion) oder von Polylactat mit Allylalkohol in Gegenwart von Natrium- oder Kaliumalkoxid verwendet werden, um Allyllactat herzustellen. Das Letztere kann epoxidiert werden, wobei Glycidollactat erhalten wird, welches sich intramolekular umsetzen kann, um 3-Methyl-5-hydroxymethyl-1,4-dioxan-2-on (und/oder eine isomere zyklische Verbindung 4-Oxa-3-methyl-6-hydroxy-e-caprolacton) herzustellen, oder intermolekular, um oligomere oder polymere Produkte herzustellen.
Verbindungen der Formel (2) können verwendet werden, um die 3-Methyl-1,4-dioxan-2-on-Verbindungen mit der Formel (1) herzustellen. Die 2(2'-Hydroxyethyl)propionatester der Formel (2), die sich aus der Umsetzung zwischen einem Epoxid und einem Lactatester ergeben, können leicht zum zyklischen Ester durch eines von mehreren Verfahren, die in Schema 2 gezeigt sind, umgewandelt werden.
Verfahren (A) umfasst zwei getrennte Reaktionen. Zuerst wird der Ester von Formel (2) in Gegenwart einer ausreichenden Menge einer Base hydrolysiert (verseift), wodurch ein Salz des 2(2'-Hydroxyethyl)propionats (6) oder ein Gemisch des Salzes und der freien Säure (5) erhalten wird. Typischerweise wird eine derartige Umsetzung durch Zugabe einer wässrigen Lösung eines Alkalimetallhydroxids oder eines Erdalkalimetallhydroxids durchgeführt. Beispiele schließen Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Calciumhydroxid und dergleichen ein. Natriumhydroxid in Wasser oder Calciumhydroxid in Wasser sind die bevorzugten Reagenzien. Nach Verseifung wird das Reaktionsgemisch durch Zugabe einer ausreichenden Menge einer starken Säure angesäuert. Mineralsäuren, wie Salzsaure und Schwefelsäure, sind wegen niedriger Kosten bevorzugt. Derartige Ansäuerung hat die Erzeugung des gewünschten 3-Methyl-1,4-dioxan-2-ons der Formel (1) zur Folge. Die Verbindung kann aus dem Reaktionsgemisch durch Extraktion mit einem geeigneten Lösungsmittel oder einfach durch Phasentrennung isoliert werden.
Die Herstellung von Verbindung (1) durch ein derartiges Verfahren hat die Erzeugung eines freien Alkohols R₄OH zur Folge, welcher aus dem Reaktionsgemisch typischerweise durch Destillation oder Extraktion wiedergewonnen werden kann. Der Alkohol kann anschließend zur Herstellung des Milchsäureesters der Formel (4) durch eine Umesterung eines Lactids oder eines Polylactats oder eines anderen Lactatesters wiederverwendet werden, wodurch die Kosten der Herstellung von 3-Methyl-1,4-dioxan-2-onen im industriellen Maßstab verringert werden.
Verfahren (B) ist eine Variation, wobei die Hydrolyse der Verbindung (2) durch ein Enzym, typischerweise durch eine Lipase oder eine Esterase, durchgeführt wird. Viele Enzyme dieser Art sind bekannt und in den handelsüblichen Mengen erhältlich. Freie oder immobilisierte Enzyme können verwendet werden. Die Umsetzung kann in Gegenwart eines geeigneten Cosolvens durchgeführt werden. Die Natur des Enzyms ist nicht kritisch, und viele Verfahren sind auf dem Fachgebiet bekannt, die eine Verbesserung der Enzymleistung unter spezifischen Reaktionsbedingungen zulassen, die für die spezifische Zusammensetzung von Verbindung (1) zugeschnitten werden können. In Abhängigkeit von den verwendeten genauen Bedingungen können 3-Methyl-1,4-dioxan-2-one mit oder ohne Erzeugung von beträchtlichen Mengen der freien 2(2'-Hydroxyethyl)propionsäure erzeugt werden. Ausreichend hitzebeständige Lipasen und Esterasen sind bevorzugt, weil ihre Verwendung kontinuierliche Destillation des Alkohols R₄OH bei atmosphärischem Druck zulässt, weil ein derartiger Alkohol während der Umsetzung erzeugt wird.
Verfahren (C) ist eine Variation, wobei eine interne Umesterung in Gegenwart von katalytischen Mengen einer Säure, Bortrifluorid, einer starken Base oder eines Alkalimetallalkoxids, und bei Abwesenheit von beträchtlichen Mengen Wasser oder anderen Verbindungen mit freien Hydroxylresten durchgeführt wird. Eine derartige Umsetzung wird typischerweise bei erhöhten Temperaturen durchgeführt, die ausreichen, um den Alkohol R₄OH aus einem Gemisch der Verbindungen (1) und (2) abzudestillieren, oder bei Raumtemperaturen, wenn das Entfernen des Alkohols R₄OH während der Umesterung nicht gewünscht ist. Geeignete Cosolventien können verwendet werden, um die Erzeugung von Nebenprodukten, wie Oligomeren und Polymeren, zu minimieren. Typische Beispiele derartiger Cosolventien schließen Kohlenwasserstoffe oder Ether ein. Wenn Verfahren (C) in Gegenwart eines Säure- oder Bortrifluoridkatalysators durchgeführt wird, kann die interne Umesterung, die die Erzeugung von Dioxanon (1) zur Folge hat, gleichzeitig mit der Umsetzung zwischen dem Epoxid (3) und dem Ester (4), die in Schema 1 gezeigt ist, und ohne Isolierung von Zwischenverbindung (2) durchgeführt werden.
Verfahren (D) ist eine Variation, wobei der 2(2'-Hydroxyethyl)propionsäureester (2) oder die freie Säure (5) unter ausreichend sauren Bedingungen und erhöhten Temperaturen dehydratisiert wird, wobei eine Verbindung der Formel (7) oder eine freie Säure (8) erhalten wird. Die Letztere wird leicht zyklisiert, wobei die Verbindung mit der Formel 1 erhalten wird. Ein derartiges Verfahren ist für Epoxide von zyklischen Verbindungen besonders nützlich, und insbesondere für Verbindungen, bei denen sowohl R₂ als auch R₃ keine Wasserstoffatome sind, und mindestens ein Rest von R₂ und R₃ ein Wasserstoffatom aufweist, das in der Lage ist, unter sauren Bedingungen eliminiert zu werden. In Abhängigkeit von der Schwierigkeit der Behandlung von Verbindung (2) mit Säure und der Natur des Epoxids und der enantiomeren Zusammensetzung des Milchsäureesters stellt ein derartiges Verfahren Änderungen in der relativen stereoisomeren Zusammensetzung des so erhaltenen zyklischen Dioxanons von Formel (1) am Kohlenstoffatom, das insbesondere R₂ und R₃ trägt, bereit.
Jedes der Verfahren (A), (B), (C) oder (D) ist praktisch nützlich und kann in einem kontinuierlichen Verfahrensmodus erfolgreich ausgeübt werden. Verfahren (B), (C) und (D) sind bevorzugt, weil derartige Verfahren keine großen Mengen der anorganischen Salznebenprodukte herstellen.
Verfahren A ist bevorzugt, wenn es gewünscht ist, eine Menge eines reinen Dioxanonmaterials zu erhalten, das im Wesentlichen frei von Esteroligomeren ist, die typischerweise durch lineare oder zyklische Esteroligomere der Verbindungen (1) und (2) mit der Milchsäure dargestellt sind.
Wie aus den Beispielen ersichtlich sein wird, die nachstehend hier bereitgestellt sind, werden verschiedene Mengen von zyklischen und/oder linearen Nebenproduktoligomeren, die veresterte Fragmente von Verbindung (2) umfassen, während der Umsetzung von Epoxid (3) mit Ester (4) und/oder während der nachfolgenden Zyklisierungsreaktion erzeugt, die zu Verbindungen der Formel (1) führen. Die Menge und die Zusammensetzung derartiger Oligomere hängen von den spezifischen Bedingungen ab, die verwendet werden, um die Verbindungen (1) und (2) zu erhalten, und von den spezifischen Strukturen von Epoxid (3) und (4). Typischerweise sind, wenn ein stärkerer Katalysator oder eine erhöhte Menge des Katalysators oder erhöhte Temperaturen oder verlängerte Reaktionszeiten zum Umsetzen der Verbindungen (3) und (4) verwendet werden, und/oder um die Umwandlung von (2) nach (1) zu erreichen, die Mengen der oligomeren Esterprodukte, die Esterfragmente der Verbindung (2) umfassen, höher. Jedoch sind, wenn und sobald alle beträchtlichen Mengen derartiger Oligomere während der Synthese der Verbindungen (1) und (2) durch die hier beschriebenen Verfahren erzeugt sind, derartige Oligomere auch nützliche Verbindungen für Parfümerie, Geschmack und Polymeranwendungen. Derartige Oligomere können gegebenenfalls von den Dioxanonen (1) und/oder von den Hydroxyestern (2) getrennt werden, und unter Verwendung von Umesterungs- oder Verseifungs-Lactonbildungsverfahren, die hier beschrieben sind, zu Dioxanonen umgewandelt werden. In einer anderen Ausführungsform kann ein Gemisch, das die Verbindungen (1) und/oder (2) und verschiedene Mengen von zyklischen oder linearen Oligomeren umfasst, verseift und dann angesäuert werden, um reine praktisch reine Dioxanone (1) zu erhalten.
Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Synthese von Verbindungen der Formel (1) und (2) mit Epoxiden, die zusätzliche Hydroxylgruppen oder gegebenenfalls geschützte Hydroxylgruppen besitzen, die typischerweise in einer vicinalen Position zu der Epoxygruppe liegen, z.B. Epoxide von Allylalkoholen oder Glycidolderivaten. Diese Ausführungsform ist durch die Umsetzungen beispielhaft angegeben, die in Schema 3 gezeigt sind, wobei R₆ ein H oder eine Schutzgruppe ist, die aus einem Ketal-, Acetal-, 2- Tetrahydropyranyl-, 2-Tetrahydrofuranyl-, tertiären verzweigten oder zyklischen Alkyl-, Carbonsäureester oder Silylrest mit 3 Substituenten, die aus linearen oder verzweigten Alkyl-, Aryl- und Arylalkylresten ausgewählt sind, ausgewählt ist.
In dieser Ausführungsform, in der sowohl R₂ als auch R₃ kein H ist, wird der Dioxanonring vorzugsweise mit einem Sauerstoffatom an der benachbarten Kohlenstoffatomposition (Verbindung 1a) erzeugt, und die letztere Verbindung kann gegebenenfalls zum Dioxanon (1b) mit einer Doppelbindung in der Seitenkette an der Position C-6 dehydratisiert werden. Wenn ein Rest von R₂ und R₃ oder beide H sind, ist das so erhaltene Dioxanonprodukt ein Gemisch von Produktisomeren, die durch die Formeln (1a) und (1c) beispielhaft angegeben sind:
Verbindungen der allgemeinen Formel (1), die aus racemischen Epoxiden mit chiralen Zentren hergestellt wurden, werden typischerweise als Gemische von Stereoisomeren und insbesondere als Gemische von 3,6-cis- und 3,6-trans-Isomeren erzeugt. Derartige Gemische von Isomeren können in nachstehend beschriebenen Anwendungen verwendet werden, oder können getrennt werden, wenn gewünscht, um im Wesentlichen reine Isomere oder Zusammensetzungen mit einer erhöhten (angereicherten) Menge von einem Isomer zu erhalten. Verfahren zur Trennung derartiger isomerer Gemische schließen fraktionierte Destillation und Biokatalyse unter Verwendung von einer oder mehreren gewöhnlichen Esterasen oder Lipasen ein, die auf dem Fachgebiet bekannt sind. Derartige Enzyme zeigen typischerweise mäßige bis hohe Selektivität unter Reaktionsbedingungen, die erhebliche Mengen Wasser aus Umsetzungen einschließen oder ausschließen, und in einem breiten Bereich von Lösungsmitteln unter Bedingungen durchgeführt werden können, die Hydrolyse, Alkoholyse oder Umesterung bevorzugen. Eine Zusammenfassung von Verfahren zum Verwenden von Esterasen und Lipasen zur Stereoisomerentrennung kann im Lehrbuch von K. Faber (1995, Biotransformations in Organic Chemistry, Spinger-Verlag, ISBN 3-540-58503-6) gefunden werden.
Viele Verbindungen der Formel (1) mit einer Gesamtzahl von Kohlenstoffatomen von kleiner als etwa 25 weisen attraktive Geruchseigenschaften auf. In Abhängigkeit von der Natur von Epoxid (5) und der enantiomeren Zusammensetzung von Milchsäureester (4) können verschiedene Arten von Gerüchen von verschiedener Intensität erhalten werden. Ein Bereich von Gerüchen, die durch Verbindungen der Formel (1) dargestellt werden, schließt Verbindungen mit Noten ein, die als blumig, fruchtig, Pfirsich, ölig, waldig, amber, Zitrus, minzig und frisch beschrieben werden können. Einzelne Verbindungen mit Formel (1) oder ihre Gemische können als Duftstoffverbindungen in verschiedenen Parfümen, Haarpflegeprodukten (z.B. Shampoos, Stylingcremes und dergleichen), Kosmetika (z.B. Lippenstift, Gesichtspuder und dergleichen), Waschpulvern, Deodorants, Kerzen, Lufterfrischern, Seifen, Zahnpflegeprodukten, Reinigungsformulierungen und dergleichen verwendet werden. Sie können auch als künstliche Geschmacke verwendet werden, um Erfrischungsgetränken, verarbeiteten Fruchtprodukten, Molkereiprodukten, wie Yoghurts, Kaugummi, Süßigkeiten, Backwaren, Tabak, Mundwasser und dergleichen ursprüngliche Geschmackseigenschaften zu verleihen.
Die olfaktorisch wirksame Menge für ein bestimmtes Dioxanon der Formel (1) hängt von der genauen Struktur der Reste R₁, R₂, R₃ und der stereoisomeren Zusammensetzung des Dioxanons ab. Die Potenz des Geruchs und des Geschmacks kann durch einen Fachmann durch Prüfung von verschiedenen Verdünnungen des Dioxanons oder verschiedenen Konzentrationen von Dampf in der Luftprobe leicht bestimmt werden. Eine derartige Prüfung kann wie ein Leitfaden verwendet werden, um optimale Mengen des Dioxanons in einem bestimmten Duft, Geschmackszusammensetzung oder Formulierung festzustellen.
Verbindungen der Formel (1) und Formel (2) können verwendet werden, um einen Bereich von Polyester-Polymeren herzustellen. Derartige Verbindungen können als einzelne Verbindungen in im Wesentlichen reiner Form oder als Gemische von Verbindungen verwendet werden, wobei ein Gemisch durch Verbindungen dargestellt ist, die aus verschiedenen Epoxiden und/oder aus verschiedenen Enantiomeren der Milchsäureester und/oder aus den verschiedenen Isomeren hergestellt werden, die sich aus einer alternativen nukleophilen Öffnung des Epoxids an den Kohlenstoffatomen ergeben, die entweder R₁ oder R₂ tragen, wenn anwendbar. Verbindungen (1) und (2) können als Comonomere mit anderen Verbindungen verwendet werden, die in der Lage sind, Polyester-Polymere zu erzeugen. Nicht-beschränkende Beispiele von Copolymeren der Verbindungen (1) und (2) schließen solche Copolymere ein, die Esterfragmente umfassen, die sich von Milchsäure, Glykolsäure und anderen 2-Hydroxysäuren, von 4-Hydroxybuttersäure, von p-, m-, o-Hydroxybenzoesäuren, 6-Hydroxy-2-naphthoesäure, verschiedenen Aminosäuren sowie Kombinationen von Dicarbonsäuren und Glykolen ableiten. Weil die Verbindungen (1) und (2) aus einem Bereich von Epoxiden hergestellt werden können, können die genauen Eigenschaften des so erhaltenen Polymers in einem großen Umfang durch Auswahl des bestimmten Epoxids beeinflusst werden, das verwendet wird, um die Verbindungen herzustellen. Dioxanone (1), die sich von Epoxiden von α-Olefinen, Styrol, Allylbenzol oder von den verschiedenen Glycidylethern ableiten, bieten die größte Flexibilität bei der genauen Kontrolle der Polymer- und Co-Polymereigenschaften, die solche Eigenschaften einschließen, wie Schmelz- und Erweichungstemperaturen, Kristallinität, mechanische Eigenschaften (wie Elastizität, Streck-/Torsions-Bruchfestigkeit), Färbbarkeit, Hydrophobie und Hydrophilie, biologische Abbaubarkeit und Weichmachereigenschaften, Metallchelatbildnereigenschaften, Detergenseigenschaften, Koagulations- und Wasserkläreigenschaften, Lösungsmittelbeständigkeit und Lösungsmittelquellen, Klebstoffeigenschaften, Mischverträglichkeit und dergleichen.
Verfahren zur Herstellung von Polyestern aus Carbonhydroxysäuren, Disäuren und Alkoholen, sowie aus ihren Estern oder Lactonen, sind auf dem Fachgebiet bekannt. Derartige Verfahren sind allgemein auf die Verbindungen (1) und (2) anwendbar und können vom Fachmann ohne erhebliche Änderungen verwendet werden. Zum Beispiel kann Polymerisation von Verbindungen der Formeln (1) und (2) und allen Oligomerestern davon unter Verwendung von Umesterung unter sauren oder alkalischen Bedingungen, typischerweise unter Temperaturen, die das Herausdestillieren des Alkohols R₄OH und/oder jedem Wasser zulassen, das vorliegen oder während der Polymerisationsreaktion erzeugt werden kann, erreicht werden. Die Polymerisation kann unter Verwendung einer Vielzahl anderer Katalysatoren, wie Übergangsmetallsalzen von Alkansäuren, die durch Zinn-2-ethylhexyloctanoat beispielhaft angegeben sind, erreicht werden. Polymerisation und Copolymerisation von Dioxanonen der Formel (1) können auch durch Verfahren und Katalysatoren erreicht werden, die von K. Bechtold, M. A. Hillmyer und W. B. Tolman. (Macromolecules 2001, 34, 8641-8648) und in den darin zitierten Bezugnahmen zur Herstellung von Poly-3-methyl-1,4-dioxan-2-on beschrieben sind.
Gemische von Dioxanonen (1), Hydroxyestern (2) und allen Esterderivaten davon, die durch Umsetzung von Verbindungen (3) und (4) erhalten worden sind, können zu nützlichen Copolymeren mit Milchsäure direkt und ohne Abtrennen von überschüssigem Milchsäureester (4) polymerisiert werden. In dieser Ausführungsform hängt das Verhältnis zwischen Lactatfragmenten und 2(2'-Hydroxyethyl)propionatesterfragmenten, die sich von Dioxanon (1) oder Hydroxyester (2) ableiten, im Wesentlichen vom Verhältnis zwischen Epoxid (3) und Lactatester (4) ab, der in der Umsetzung verwendet wird, die zu der Erzeugung der Etherbindung zwischen den letzten beiden Verbindungen führt.
Die Verbindungen (1) und (2) können auch mit Lactid (3,6-Dimethyl-1,4-dioxan-2,5-dion) und/oder mit Glycolid (1,4-Dioxan-2,5-dion) und/oder mit 3-Methyl-1,4-dioxan-2,5-dion und/oder mit Wein- oder Mesoweinsäure oder Estern davon copolymerisiert werden oder mit Polymilchsäure oder mit Polyglycolsäure oder mit Lactatglycolatcopolymeren oder mit anderen Polymeren pfropf-copolymerisiert werden.
Die Verbindungen (1) und (2) und Verbindung (9), nachstehend beschrieben, und alle Gemische davon und alle Esterderivate oder Oligomere oder Polymere, die Fragmente dieser Verbindungen umfassen, können auch mit anderen Polymeren oder Monomeren unter Verwendung von Lipasen oder Esterasen polymerisiert oder copolymerisiert werden. Verfahren zum Verwenden derartiger Enzyme bei der Polyester-Synthese und Modifikationen sind auf dem Fachgebiet bekannt. Eine Beschreibung von allgemeinen Polymerisations-, Depolymerisations- und trans-Polymerisationsverfahren auf Enzymbasis können zum Beispiel in den Artikeln von Gross R. A. et al, (2001, Appl Microbiol Biotechnol. Jun; 55 (6): 655-60), Deng F und Gross RA. (1999, Int J Biol Macromol. 25 (1-3): 153-9, Kumar A und Gross RA. (2000, Biomacromolecules. Spring, 1 (1): 133-8), Ebata H, et al. (2000, Biomacromolecules. Winter;1 (4): 511-4); Kobayashi S et al, (2000, Biomacromolecules. Spring; 1 (1): 3-5), Namekawa S. et al. (2000, Biomacromolecules. Fall; 1 (3): 335-8), Namekawa S et al., (1999, Int J Biol Macromol. Jun-Jul, 25 (1-3): 145- 51) und in den darin zitierten Bezugnahmen, gefunden werden.
Nützliche Polymere können auch durch Umsetzen von Epoxid (3) und Hydroxyester (4) im Verbindungsverhältnis, das die Erzeugung von Produkten der allgemeinen Formel (9) bevorzugt, hergestellt werden:
wobei m eine ganze Zahl mit einem Wert von 1 bis etwa 50 ist.
Die Herstellung derartiger Verbindungen wird typischerweise durch Verwenden eines Verhältnisses zwischen Verbindungen (3) und (4) im Bereich von etwa 50:1 bis etwa 1:1 erreicht. Die Herstellung derartiger Verbindungen wird typischerweise durch gleichzeitige Herstellung von Verbindungen der Formeln (1) und (2) begleitet. Verbindungen der Formel (9) können als Copolymere bei der Herstellung vieler Polyester-Polyether-Copolymere verwendet werden, die in den Haupteigenschaften vielen Poly(epoxiden), die auf dem Fachgebiet bekannt sind, ähnlich sind, und insbesondere wegen der Gegenwart von Esterbindungen im Polyetherpolymergerüst zusätzliche Vorteile besitzen, wie verbesserte biologische Abbaubarkeit in der Umwelt, verglichen mit Poly(epoxiden) mit kontinuierlichem Polyetherpolymergerüst, das nicht durch Esterbindungen unterbrochen ist.
Polymere und Copolymere, die Fragmente der Verbindungen (1), (2) oder (9) umfassen, sind auch zum Herstellen verschiedener Mischungen, Legierungen oder Verbundstoffe mit anorganischen Materialien, Weichmachern oder mit anderen Polymeren nützlich. Insbesondere können Mischungen und Legierungen, die auf der einen Seite ein Polymer, das aus Polymilchsäure-, Polyglycolsäure- oder Copolymeren, die Fragmente der Milchsäure, Glykolsäure oder Poly-(3-hydroxybutyrat) umfassen, ausgewählt ist, und auf der anderen Seite Polyester, Polyamide, Polyepoxide, Polyolefine, Polystyrol, Polyacrylate, Polymethacrylate und Polysaccharide umfassen, durch Bereitstellen von Fragmenten der Verbindungen (1), (2) oder (9) in mindestens einem Polymer oder Copolymer hergestellt werden. Derartige Mischungen weisen verbesserte Eigenschaften auf und sind im Wesentlichen frei von Phasentrennungsproblemen, zum Beispiel von Phasentrennungsproblemen in Mischungen der Polymilchsäure mit Polyethylen, Polypropylen oder Polystyrol.
BEISPIEL 1
0,05 ml racemisches Styrolepoxid wurde schnell zu einer Lösung von 1 Mikroliter Bortrifluoriddietherat in 1 ml Ethyl-S(-)lactat zugefügt, und das Ganze wurde 2 Minuten lang bei Raumtemperatur (etwa 25°C) gerührt. Ein Aliquot (0,01 ml) des so erhaltenen Reaktionsgemisches wurde genommen und mit Ethylacetat verdünnt und wurde sofort durch GC-MS und GC-FID analysiert. Die Analyse zeigte vollständige Umwandlung von Styroloxid in mehrere Produkte. Ungefähr gleiche Mengen von 3,6-cis-(syn-) und 3,6-trans-(anti-) Isomeren von 6-Phenyl-3-methyl-1,4-dioxan-2-on-Isomeren (Formeln 11a und 11b) waren für etwa 81% der Reaktionsprodukte verantwortlich. Der Prozentsatz schließt von der Berechnung, hier und in den nachfolgenden Beispielen den Überschuss von Ethyllactat, der bei der Umsetzung verwendet wurde, aus; die bereitgestellten Prozentsätze sind eine ungefähre Angabe über die Ausbeute, bezogen auf Styroloxid.
Die Isomere von 6-Phenyl-3-methyl-1,4-dioxan-2-on wiesen die folgenden Massenspektren-Elektronenionisierungs-Massenspektren bei 70 eV, m/z (Häufigkeit in %) auf: Trans-Isomer (11a):
192 (20, M⁺), 162 (8), 133 (9), 119 (3), 104 (100), 91 (21), 77 (16), 65 (4), 56 (35).
Cis-Isomer (11b):
192 (8, M⁺), 162 (5), 133 (6), 119 (2), 104 (100), 91 (18), 77 (15), 65 (4), 56 (32).
Ungefähr 9% der Produkte wurden durch zwei Diastereomere der Hydroxysäureethylester der Formel (12) dargestellt:
Etwa 3% der Produkte wurden durch zyklische und lineare Isomere der Formeln (13) und (14) dargestellt:
Etwa 2% der Produkte wurden durch ein zyklisches Dioxanondimer der Formel (15) dargestellt:
Die GC-Analyse desselben Reaktionsgemisches zeigte nach Inkubation bei Raumtemperatur bis zu 2 Stunden lang unter Rühren bei Raumtemperatur wegen Umesterungsreaktionen in Gegenwart von Bortrifluoridetherat stufenweise zugenommene Mengen der Verbindungen (13) und (14) und entsprechend verringerte Mengen Dioxanone (11a, 11b) und Hydroxyester (12).
BEISPIEL 2
Die Synthese wurde wie in Beispiel 1 durchgeführt, außer dass Hexen-1,2-oxid anstelle von Styroloxid verwendet wurde. Die GC-Analyse zeigte vollständige Umwandlung von Hexen-1,2-oxid. Dioxanon-Isomere mit den Formeln (16a) und 16b) waren für etwa 47% des Produktgemisches verantwortlich. Hydroxyester der Formel (17) waren für etwa 32% des Produktgemisches verantwortlich. Ester-Acetal von Formel (18) war für 9% des Produktgemisches verantwortlich.
Das Massenspektrum der Dioxanonverbindung (16a) wies ein Molekülion mit m/z (Häufigkeit in %) von 172 (13) und charakteristische Fragmentionen 143 (1), 129 (7), 113 (1), 99 (2), 84 (83), 69 (30), 56 (100), 43 (32) auf. Das Massenspektrum der Dioxanonverbindung (16b) war sehr ähnlich, außer dass das Molekülion weniger intensiv war (etwa 5% des Basispeaks mit m/z 56).
BEISPIEL 3
Die Synthese wurde wie in Beispiel 1 durchgeführt, außer dass Cyclohexen-1,2-oxid anstelle von Styroloxid verwendet wurde. Die GC-Analyse zeigte vollständige Umwandlung von Cyclohexen-1,2-oxid und die Erzeugung von etwa gleichen Mengen von zwei Isomeren von 4-Methyl-2,5-dioxabicyclo-[4,4,0]-decan-3-on mit den Formeln (19a) und (19b), die für etwa 65% der erzeugten Reaktionsprodukte verantwortlich waren:
Diese Verbindungen wiesen sehr ähnliche Massenspektren auf, die durch Molekülion mit m/z (Häufigkeit in %) von 170 (6) und einer Reihe von Fragmentionen 141 (0,3), 126 (5), 108 (0,5), 98 (5), 82 (85), 67 (100), 54 (31), 41 (21) gekennzeichnet sind.
Der Rest des Produktes umfasste mehrere Isomere von Verbindungen mit den Formeln (20), (21) und (22):
BEISPIEL 4
Die Synthese wurde wie in Beispiel 1 durchgeführt, außer dass Allylglycidylether anstelle von Styroloxid verwendet wurde. Das Produktgemisch enthielt etwa 20% der Dioxanonisomere der Formel (23)
BEISPIEL 5
Die Synthese wurde wie in Beispiel 1 durchgeführt, außer dass Cyclopenten-1,2-oxid anstelle von Styroloxid verwendet wurde.
Das Produktgemisch enthielt jeweils etwa 1,5% von zwei Dioxanonisomeren mit der allgemeinen Formel (24):
wobei die geschlängelten Bindungen in einer trans-Konfiguration zueinander sind.
Die Massenspektren beider Isomere von Dioxanon (24) wiesen ein Molekülion niedriger Intensität mit m/z (Häufigkeit in %) 156 (0,5) und Fragmentpeaks mit m/z 94 (8), 83 (6), 81 (7), 68 (100), 55 (22), 45 (15) auf.
Es wurde festgestellt, dass das Produktgemisch überwiegend Hydroxyester der Formeln (25a) und (25b) in ungefähr gleichen Mengen enthielt, die für etwa 89% der Reaktionsprodukte verantwortlich sind:
Ungefähr 6% der Reaktionsprodukte wurden durch oligomere und zyklische Oligomerverbindungen mit den Formeln (26), (27), (28) dargestellt:
BEISPIEL 6
Die Synthese wurde wie in Beispiel 1 durchgeführt, außer dass p-Nitrophenylglycidylether anstelle von Styrol-1,2-oxid verwendet wurde und die Bortrifluoriddietheratmenge 0,3 Mikroliter betrug. Es wurde festgestellt, dass das Reaktionsgemisch nach 5 Minuten etwa 38% der anfänglich zugefügten Menge des p-Nitrophenylglycidylethers (Epoxidumwandlung ca. 62%) enthält. Die Produkte, die im Reaktionsgemisch gefunden wurden, umfassten jeweils etwa 27% der beiden Hauptisomere der Dioxanone mit den Formeln (29a) und (29b) und jeweils etwa 2% der beiden Nebenisomere der Dioxanone mit den Formeln (29c) und (29d):
Die Dioxanone der Formeln (29a) bis (29d) wiesen sehr ähnliche Massenspektren auf, die durch ein Molekülion hoher Intensität gekennzeichnet sind. Zum Beispiel wurde festgestellt, dass ein Dioxanon der Formel (29a) ein Molekülion mit m/z (Häufigkeit in %) von 267 (100) und eine Reihe von Fragmentionen 250 (5), 237 (5), 224 (0,5), 207 (0,5), 195 (0,5), 179 (31), 162 (11), 152 (9), 132 (4), 122 (5), 109 (5), 101 (10), 87 (33), 76 (9), 59 (19), 57 (18), 41 (48) aufweisen.
BEISPIEL 7
2 g DOWEX-50W (stark saures Kationenaustauschharz, protonierte Form, vorgewaschen mit Ethyllactat) wurden zu 50 ml Ethyllactat zugefügt, und 5,16 g Styroloxid wurden tropfenweise über 15 Minuten zur Suspension zugefügt. Das Ganze wurde mittels Magnetrührer 1 Stunde lang bei 25°C gerührt. Danach wurde das Reaktionsgemisch 3 Stunden lang unter Rühren auf 55°C erwärmt, auf Raumtemperatur abgekühlt, filtriert und durch GC-MS und GC-FID analysiert. Die Analyse zeigte vollständige Umwandlung des Styroloxids in mehrere Produkte, die etwa 76% eines 1:1 Gemisches von 3,6-syn- und 3,6-anti-Isomeren von 6-Phenyl-3-methyl-1,4-dioxan-2-on (11a und 11b), etwa 6% von Hydroxyestern (12), etwa 1% Esterketal mit der Formel (30),
etwa 2 (%) Esteracetal mit der Formel (31),
und etwa 11% lineare und zyklische Ester der Formeln (13) und (14) umfassten.
Ungefähr 42 ml von praktisch reinem Ethyllactat wurden durch Erwärmen auf etwa 160°C bei atmosphärischem Druck aus dem Reaktionsgemisch abdestilliert. Die restliche hellgelbe viskose Flüssigkeit wurde mit 30 ml 20% Natriumhydroxid in Wasser durch 2 Stunden langes Erwärmen auf 95°C unter Rühren verseift. Die so erhaltene Lösung wurde auf Raumtemperatur abgekühlt, 3 Mal mit 20 ml Methyl-tert-butylether gewaschen und filtriert. Die filtrierte Lösung wurde, während sie auf dem Eisbad (4-5°C) gehalten und gerührt wurde, durch tropfenweise Zugabe von 20% Schwefelsäure in Wasser angesäuert, bis ein pH-Wert von etwa 2-3 erreicht wurde. Die angesäuerte Lösung wurde 4 Mal mit 30 ml Ethylacetat extrahiert, die Extrakte wurden vereinigt, über wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet, und das Lösungsmittel wurde bei vermindertem Druck entfernt, wobei 7,60 g eines hellgelben klaren Öls erhalten wurden. Das Rohprodukt wurde durch GC-MS und GC-FID analysiert, und es wurde festgestellt, dass es etwa 80% eines 1:1 Gemisches von 3,6-syn- und 3,6-anti-Isomeren von 6- Phenyl-3-methyl-1,4-dioxan-2-on (11a und 11b) und etwa 20% des zyklischen Dimerprodukts mit der Formel (15) enthält.
Eine Analyseprobe von praktisch reinen 3,6-syn- und 3,6-anti-Isomeren von 6-Phenyl-3-methyl-1,4-dioxan-2-on eines 1:1 Gemisches wurde durch Vakuumdestillation hergestellt. Es wurde festgestellt, dass das Gemisch von syn- und anti-6-Phenyl-3-methyl-1,4-dioxan-2-onen einen kräftigen und verlässlichen ungewöhnlichen blumigen-honigen-rosigen-wohlriechendensüßen Geruch mit einer Note von angenehmem bitterem Geschmack besitzt.
BEISPIEL 8
Die Synthese wurde wie in Beispiel 7 durchgeführt, außer dass 5,1 g Hexen-1,2-oxid anstelle von Styrol-1,2-oxid verwendet wurden. Die Synthese erbrachte etwa 6,2 g klares farbloses Öl, von dem festgestellt wurde, dass es etwa 92% Dioxanone der Formel (16a) und (16b) enthält. Das Gemisch von Verbindungen wies einen ölig-fruchtigen Geruch auf, der an Pfirsich erinnert.
BEISPIEL 9
Die Synthese wurde wie in Beispiel 7 durchgeführt, außer dass 5,05 g Cyclohexen-1,2-oxid anstelle. von Styrol-1,2-oxid verwendet wurden. Die Synthese erbrachte etwa 6,9 g klares farbloses Öl, von dem festgestellt wurde, dass es etwa 96% Dioxanone (19a) und (19b) und etwa 2% Isomere von zyklischen Ester der Formel (32) enthält:
Es wurde festgestellt, dass das so erhaltene Material einen charakteristischen kräftigen Blumengeruch aufweist, der an Rizinusblume (castoreum flower) erinnert.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Verbindung der Formel:
wobei R₁, R₂, R₃ jeweils unabhängig H, ein geradkettiger oder verzweigter Alkylrest, ein geradkettiger oder verzweigter Alkenylrest, Carboxyalkyl, Carboxyaryl, ein aromatischer Rest, ein aromatisch-aliphatischer Rest, Alkyloxyalkyl, Aryloxyalkyl, Cycloalkyl, Cycloalkenyl oder Oxacycloalkyl sind oder wobei jeweils zwei der Reste R₁, R₂ und R₃ einen Ring mit 5 bis 15 Kohlenstoffatomen bilden können und wobei R₁, R₂ oder R₃ jeweils gegebenenfalls einen Sauerstoff-funktionellen Rest enthalten, ausgewählt aus Hydroxyl, Carbonyl oder geschützten Formen davon, und wobei R₄ ein Rest mit 1 bis 50 Kohlenstoffatomen ist, ausgewählt aus geradkettigen oder verzweigten Alkylresten, geradkettigen oder verzweigten Alkenylresten, Cycloalkyl- oder Cycloalkenylresten, Alkyloxyalkylresten, aromatischen Resten, aromatisch-aliphatischen Resten, Hydroxyfunktionellen Alkylresten und Kombinationen davon, oder eine Polymerkette, welche einen oder mehrere Ester oder Ether oder Amidbindungen umfasst, ist, wobei das Verfahren umfasst: a) Bereitstellen eines Epoxids der Formel (3):
und b) Umsetzen des Epoxids mit einem Milchsäureester der Formel (4):
wobei das Epoxid und der Ester in Form von getrennten Molekülen vorliegen oder Teil des gleichen Moleküls sind, dabei Bereitstellen der Verbindung der Formel (2), wobei die Umsetzung zwischen dem Epoxid und dem Milchsäureester in Gegenwart eines Katalysators, ausgewählt aus Bortrifluoridkatalysatoren, Säurekatalysatoren und Kombinationen davon, durchgeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Umsetzung zwischen dem Epoxid und dem Milchsäureester in Gegenwart eines Überschusses an Milchsäureester durchgeführt wird, wobei das Molverhältnis zwischen dem Epoxid und dem Ester zwischen etwa 1:1,1 und 1:1000 liegt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Milchsäureester Glycidyllactat ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Umsetzung zwischen dem Epoxid und dem Milchsäureester in Gegenwart eines Cosolvens durchgeführt wird.
Verfahren zur Herstellung einer Verbindung der Formel:
wobei R₁, R₂, R₃ jeweils unabhängig H, ein geradkettiger oder verzweigter Alkylrest, ein geradkettiger oder verzweigter Alkenylrest, Carboxyalkyl, Carboxyaryl, ein aromatischer Rest, ein aromatisch-aliphatischer Rest, Alkyloxyalkyl, Aryloxyalkyl, Cycloalkyl, Cycloalkenyl oder Oxacycloalkyl sind oder wobei jeweils zwei der Reste R₁, R₂ und R₃ einen Ring mit 5 bis 15 Kohlenstoffatomen bilden können und wobei R₁, R₂ oder R₃ jeweils gegebenenfalls einen Sauerstoff-funktionellen Rest, ausgewählt aus Hydroxyl, Carbonyl oder geschützten Formen davon, enthalten, wobei das Verfahren umfasst: a) Bereitstellen eines 2-(2'-Hydroxyethyl)propionatesters der Formel (2), wie in Anspruch 1 definiert, durch das Verfahren gemäß Anspruch 1, und
b) Ausführen der Cyclisierung des 2-(2'-Hydroxyethyl)propionatesters, um die Verbindung der Formel (1) zu bilden.
Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei die Cyclisierung durch Verseifung des 2-(2'-Hydroxyethyl)propionatesters der Formel (2), gefolgt von Ansäuerung, durchgeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei die Cyclisierung durch Umesterung des 2-(2'-Hydroxyethyl)propionatesters der Formel (2) in Gegenwart eines Katalysators durchgeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei die Cyclisierung durch Behandeln des 2-(2'-Hydroxyethyl)propionatesters mit einer Katalysatorsäure oder Bortrifluorid durchgeführt wird, um Wasser zu entfernen, gefolgt von der Hydrolyse des Esters und der Ansäuerung.
Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei das Hydroxysäurezwischenprodukt der Formel (2), wie in Anspruch 1 definiert, in situ den Ringschluss bildet, um das Dioxanon der Formel (1), wie in Anspruch 5 definiert, zu bilden.
Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei die Cyclisierung durch Aussetzen des 2-(2'-Hydroxyethyl)propionatesters an ein Enzym, ausgewählt aus Lipasen, Esterasen und Kombinationen davon, durchgeführt wird.
Verbindung der Formel
wobei R₁, R₂ _, R₃ jeweils unabhängig H, ein geradkettiger oder verzweigter Alkylrest, ein geradkettiger oder verzweigter Alkenylrest, Carboxyalkyl, Carboxyaryl, ein aromatischer Rest, ein aromatisch-aliphatischer Rest, Alkyloxyalkyl, Aryloxyalkyl, Cycloalkyl, Cycloalkenyl, Oxacycloalkyl sind oder wobei jeweils zwei der Reste R₁, R₂ und R₃ einen Ring mit 5 bis 15 Kohlenstoffatomen bilden und wobei R₁, R₂ oder R₃ jeweils gegebenenfalls einen Sauerstoff-funktionellen Rest, ausgewählt aus Hydroxyl, Carbonyl oder geschützten Formen davon, enthalten, und wobei R₄ Wasserstoff oder ein Rest mit 1 bis 50 Kohlenstoffatomen ist, ausgewählt aus geradkettigen oder verzweigten Alkylresten, geradkettigen oder verzweigten Alkenylresten, Cycloalkyl- oder Cycloalkenylresten, Alkyloxyalkylresten, aromatischen Resten, aromatisch-aliphatischen Resten, Hydroxy-funktionellen Alkylresten und Kombinationen davon, oder eine Polymerkette, welche einen oder mehrere Ester oder Ether oder Amidbindungen umfasst, ist.
Verbindung der Formel
wobei R₁, R₂, R₃ jeweils unabhängig H, ein geradkettiger oder verzweigter Alkylrest, ein geradkettiger oder verzweigter Alkenylrest, Carboxyalkyl, Carboxyaryl, ein aromatischer Rest, ein aromatisch-aliphatischer Rest, Alkyloxyalkyl, Aryloxyalkyl, Cycloalkyl, Cycloalkenyl, Oxacycloalkyl sind oder wobei jeweils zwei der Reste R₁, R₂ und R₃ einen Ring mit 5 bis 15 Kohlenstoffatomen bilden und wobei R₁, R₂ oder R₃ jeweils gegebenenfalls einen Sauerstoff-funktionellen Rest, ausgewählt aus Carbonyl oder geschützten Formen davon, enthalten, mit der Maßgabe, dass a) wenn R₂=R₃=H ist, R₁ nicht Methyl oder H sein kann; b) wenn R₁=R₂=H ist, R₃ nicht Methyl oder Ethyl sein kann, c) wenn R₃=H ist und R₁ und R₂ einen Cyclohexan- oder Norbornenring bilden, mindestens ein(e) zusätzliches) Kohlenstoffatom, Sauerstoffatom oder Doppelbindung in der Struktur von R₁ oder R₂ vorhanden sein muss.
Zusammensetzung, umfassend einen Grundstoff und eine Menge einer Verbindung gemäß Anspruch 12, welche wirksam ist, dem Grundstoff einen Duft oder Geschmack zu verleihen.
Verfahren des Verleihens eines Dufts oder Geschmacks an einen Grundstoff, umfassend das Kombinieren des Grundstoffs mit einer wirksamen Menge einer Verbindung gemäß Anspruch 12.